深部盘区巷道群集中静载荷型冲击地压机理与防治

针对深部矿井,盘(采)区巷道群屡次发生冲击地压这一问题,以我国新建千米深井盘区巷道群冲击地压发生为背景,理论分析了巷道群无动载诱发冲击启动的机理与防治方法。结果表明,巷道底煤的厚度对底板水平应力集中影响较大;褶曲构造带也显著影响巷道群应力环境;巷道底臌量与底板释放动载荷量值、底煤厚度均成正相关关系;深部煤层巷道群冲击启动原理,是巷道群自身应力叠加在巷间煤柱,提供了基础静载荷;灾害发生地段底煤厚度以及褶曲构造影响,提供了时机静载荷,2者叠加导致巷间煤柱垂直载荷超过了临界值,同时底板煤体承受的载荷超过了其极限承载力;深部煤层巷道群冲击地压属集中静载荷型,采用基于集中静载荷疏导的深孔区间爆破法可防治冲击地压灾害。     

新疆地区冲击地压发生及防治现状

调研了目前新疆地区冲击地压的发生现状、历程、特点和类型,针对新疆地区冲击地压防治存在的主要问题,给出了建议。结果表明,新疆地区目前已增加至7座冲击地压矿井,具有埋深浅、赋存条件复杂、分布集中、显现位置为工作面和巷道的特点;按主要致灾因素,将新疆地区冲击地压矿井划分为坚硬顶板型、岩柱失稳型和煤层弱面滑移失稳型冲击地压矿井3类;近几年新疆地区在冲击地压发生机理方面取得的研究成果,主要包括针对坚硬顶板型冲击地压的剩余能量和近直立特厚煤层岩柱撬动理论;针对新疆地区冲击地压防治的被动性、排查不全面、区域防范性差的3个主要问题,建议首先开展冲击地压矿井全面排查,其次开展避免应力集中的区域防范,最后在采掘过程中开展局部集中应力疏导。     

顶板“人造解放层”防治冲击地压方法、机理及应用

冲击地压矿井开展解放层(保护层)开采，能够根本性的改造采掘工作面应力集中程度，从而大范围降低采掘活动空间冲击危险性。针对无解放层可采的单一煤层矿井，为了实现冲击地压煤层区域性卸压目标，提出了煤层上覆主导致灾层位厚硬顶板区域水力压裂“人造解放层”卸压防治冲击地压方法，并建立了工程力学模型，综合采用理论分析、工程验证等方法进行区域性卸压机理及工程试验研究。结果表明，在冲击地压发生载荷供给历程中，通过区域性改造煤层上覆岩层结构与载荷，可以改变冲击地压发生必须的基础静载荷集聚；针对顶板控制型冲击地压矿井，在开拓、准备、回采不同阶段，针对影响冲击地压发生的厚硬顶板开展区域性水力压裂改造覆岩结构与载荷分布，使得巷道掘进及工作面回采期间均处于压裂覆盖范围下的低应力区，实现冲击地压单一煤层顶板产生“人造解放层”效应；顶板区域水力压裂人造解放层卸压防治冲击地压机理为：与压裂前相比，煤层上覆厚硬顶板人为区域性致裂，在走向上使其长梁变短梁，大块变小块，从而不具备大面积悬臂功能，降低由悬空面积增大的顶板断裂带来的动载荷；在倾向方向上也使得其上覆载荷由硬传递变为软传递，降低了压裂区域下方煤层的整体静载水平；在陕...     

基于震波CT探测的工作面冲击危险性评价及防治

为了提高工作面冲击地压防治效率,鉴于集中静载荷在冲击启动过程中的基础作用,以陕西某矿为工程背景,采用震波CT对工作面开展集中静载荷原位探测和冲击危险性评价,划分冲击危险区域,制定针对性防治方案。结果表明,煤层强冲击倾向性、开采深度大、上方厚硬顶板以及相邻工作面采空区顶板悬而不垮使工作面冲击危险性升高;工作面探测区域内煤层总体处于中等冲击危险等级,并准确划分了冲击危险区域。采用顶板爆破、煤层帮部及底板大直径钻孔卸压技术,切断力源,转移应力,由原来的“防治全巷道”转变为“防治重点危险区域”,提高冲击地压防治效率,得以保障工作面的安全回采。     

井上下煤层顶板区域压裂防治冲击地压系统及应用

针对冲击地压局部卸压范围小，连续性低，作业风险高等问题，开展煤层厚硬顶板井上下千米顺层钻孔区域压裂防冲系统与工程应用研究。结果表明，从加载条件来分，顶板主导型冲击地压可分为动静载荷叠加型、高静载荷加载型、高静载荷卸荷型3种类型；厚硬顶板是采掘围岩冲击地压启动区域性静载荷、动载荷供给主体，以提供冲击启动动静载荷源的厚硬顶板为靶点，提出建立煤层顶板地面、井下千米水平孔分段致裂卸压系统，开展顶板千米顺层钻孔区域压裂。通过井上下提前破坏冲击危险区域上覆顶板的完整性，使得载荷向更完整顶板区域迁移，从而为井下掘进、回采提供低应力作业大环境，也使得冲击地压丧失启动的重要载荷条件。分别进行了工作面开采前地面水平井顶板区域压裂防冲技术试验，工作面开采过程中井下巷道水平孔顶板区域压裂防冲技术试验，实践效果显著，形成了冲击地压建设矿井“先压后建”，生产矿井“先压后掘、先压后采”新的灾害防治模式。     

矿井建设时期冲击地压防治程序与技术

由于缺乏规范性程序指导,我国新建矿井建设期出现冲击地压难以应对的问题。以发生冲击地压的在建矿井为工程背景,分析了设计阶段、基建施工阶段冲击地压防治的程序与技术。结果表明,新建矿井应遵循冲击地压矿井识别、基于地应力的开拓巷道布置、采煤方法选择、煤柱宽度论证、合理煤层开采顺序等原则来指导初步设计;基本建设期间可针对冲击启动载荷源分源监测、分源防治,并形成采掘空间局部防治冲击地压的理论与技术体系。应用结果表明,理论与技术能够指导实践,已经在多个新建冲击地压矿井推广应用。     

深部冲击地压煤层开采有新技术

山东新汶矿业集团华丰煤矿利用“深部大倾角冲击地压煤层放顶煤开采技术”,使深部冲击地压条件下的煤层得以安全开采。华丰煤矿采深已超过1000m,冲击地压成为影响矿井安全生产的主要因素之一,而“深部大倾角冲击地压煤层放顶煤开采技术”使冲击地压对矿井的生产影响降到最低。该技术采用国际先进的岩石破坏过程数值分析软件,对深部开采、放顶煤开采与冲击地压的关系进行数值研究利用。在支护方式上,采用在放顶煤浅处支设连续顺托梁的措施,有效控制了顶煤失稳现象,采场支承压力的影响范围明显增大、峰值应力明显降低,改变了煤体的应力状态,煤…     

基于震波CT探测的宽煤柱冲击地压防控技术

针对深井区段煤柱冲击地压易发、多发、难防治的难题,以某矿1301工作面80 m区段宽煤柱冲击地压为例,利用数值模拟及微震数据分析,研究了宽煤柱冲击地压致灾机制,采用震波CT原位探测技术评估了宽煤柱区域内冲击危险性,并提出针对性防治方案。结果表明:3号煤层具有弱冲击倾向性,顶板岩层具有强冲击倾向性,已具备发生冲击地压的内在条件,高自重应力、强构造应力提供了基础静载荷,采空区侧向支承压力提供了增量静载荷,当两者叠加导致垂直应力超过冲击临界支承压力时,为宽煤柱静载荷冲击地压的发生提供了力源条件;震波CT原位探测技术以穿透煤岩体的实际震动波射线进行波速反演,反映煤岩体静载荷分布特征及结构特性,建立了以波速异常系数CA和波速梯度系数CG为主要因子的冲击地压危险性评估模型;鉴于宽煤柱冲击区域采掘空间实际条件,设计布置近完全观测系统观测方式,采用震波CT原位探测技术反演评估得到宽煤柱测区内冲击危险指数C=0.5~0.7,表明冲击发生后,宽煤柱仍然存在静载荷集中区域,具有中等冲击危险,并且运输巷侧冲击危险指数较采空区侧高,表明煤柱应力由采空区侧向运输巷侧转移,局部区域煤体破碎易冒顶片帮;制定了基于静载荷疏导的多层次防冲技术:大直径钻孔预卸压转移巷帮集中应力,耗散弹性应变能,确定合理日进尺为2.4 m,降低开采扰动,巷道全断面补强支护,提高围岩抗冲击能力;通过上述措施,现场监测宽煤柱煤体应力未发生突增,微震能量及频次变化平缓,1301工作面已安全回采宽煤柱区,防治效果显著。     

深部冲击地压煤层开采新技术

山东新汶矿业集团华丰煤矿利用“深部大倾角冲击地压煤层放顶煤开采技术”,使深部冲击地压条件下的煤层得以安全开采。华丰煤矿采深已超过1 0 0 0 m,冲击地压成为影响矿井安全生产的主要因素之一,而“深部大倾角冲击地压煤层放顶煤开采技术”使冲击地压对矿井的生产影响降到最低。该技术采用国际先进的岩石破坏过程数值分析软件,对深部开采、放顶煤开采与冲击地压的关系进行数值研究利用。在支护方式上,采用在放顶煤浅处支设连续顺托梁的措施,有效控制了顶煤失稳现象,采场支承压力的影响范围明显增大、峰值应力明显降低,改变了煤体的应力状…     

双煤层协同开采矿井防冲优化设计

针对双煤层协同开采矿井区域防冲优化设计问题，以纳林河矿区陶忽图煤矿为工程背景，分析得出矿井当前开采设计方案存在的主要问题，包括保护层选择不合理、开切眼或终采线外错、部分区域位于保护范围外、丢失三角煤、对矿井后期大巷保护煤柱的回收不利和矿井前期采掘过于集中等。针对这些问题，从冲击地压防治角度出发提出优先开采2-2煤层作为3-1煤保护层，对大巷布置、工作面布置等进行调整并给出了单翼和双翼双煤层协同开采优化设计方案。并基于矿井地质及开采技术条件，结合相关标准和规范，计算得出矿井双煤层协同开采合理错距和滞后距离：合理倾向错距为30 m,走向错距为47 m, 3-1煤层工作面回采应滞后2-2煤层工作面1200 m。     

唐口煤矿冲击地压主控因素分析及防护措施

为分析唐口煤矿冲击地压发生的主控因素,以唐口煤矿6304工作面为研究对象,对冲击地压发生集中静载与集中动载进行了分析。研究表明:唐口矿冲击地压发生的主控因素为大采深及构造运动造成的煤体内积聚的高应力和受回采影响产生的顶板运动。针对煤体内的集中动静载荷影响因素,提出采用煤层注水和钻孔卸压的方法进行处理。     

薄煤层动静组合诱发冲击地压的机制

理论分析了动静组合诱发冲击地压的应力条件和能量转化过程,揭示了动静组合诱发冲击地压机制,数值计算分析了工作面应力分布特征与煤厚之间的关系,采用微震监测数据分析了卸压爆破产生的应力波传播规律,并分析研究了薄煤层动静载特征及诱发冲击地压过程。结果表明:薄煤层工作面应力集中程度较厚煤层高,峰值应力区距离煤壁较近,应力梯度较大;采动动载直接与高应力叠加,且开采导致的应力降以及单位体积煤体释放的弹性变形能远高于厚煤层,在动静组合作用下,薄煤层工作面易于达到动静组合诱发冲击地压的应力和能量条件,显著符合动静组合诱冲机制。最后基于动静载组合诱发薄煤层冲击地压的机制,探讨了薄煤层冲击地压防治原则和技术方法。     

煤矿冲击矿压动静载叠加诱发原理及其防治

煤矿冲击矿压动力灾害日趋严重,且浅部也出现了该现象。理论研究了动载与静载叠加诱发冲击矿压的能量和应力条件,系统地提出了动静载叠加诱发冲击矿压的原理,并分析了煤矿动静载特征,根据应变率对煤矿载荷状态进行了界定,试验研究了煤岩力学特性与应变率的关系以及动静叠加作用下煤的破坏形态。结果表明：随着应变率增大,煤岩强度、弹性模量呈指数关系增大,当静载占比较大时,煤岩呈剪切破坏;当动载占比较大时,煤岩呈现劈裂甚至爆裂破坏。当动静叠加接近煤岩强度时,单轮或多轮动载作用可诱发煤岩冲击破坏;当动静叠加远小于煤岩强度时,多轮动载虽然能使煤岩产生损伤但难以诱发冲击破坏。动静叠加诱发冲击矿压表现为2种类型：① 高静载型,深部开采时,围岩静载较高,矿震产生的微小动载增量可使叠加载荷超过煤岩冲击破坏临界而诱发煤岩冲击破坏;② 强动载型,浅部开采时,围岩静载较小,强矿震的冲击动载较大,叠加载荷超过煤岩冲击破坏临界导致煤岩冲击破坏。基于冲击矿压的动静载叠加诱发原理,讨论了冲击矿压监测及防治思路和方法。     

深部矿山巷道岩爆倾向性预测及防治技术研究

在深部矿山开采过程中,由于高地应力及复杂地质条件,岩爆时有发生。利用多种岩爆判别标准,并结合层次分析-模糊综合评判深部岩体的岩爆倾向性,结合矿山实际情况,提出岩爆防治措施,并根据岩爆支护设计原则,设计了两种可行支护方案,分析应力集中部位、大小等参数以及破坏特征,与矿山原方案作对比,进行支护优化。结果可为矿山开采岩爆防治提供参考。     

冲击地压矿井采区下山保护煤柱合理宽度研究

留设合理宽度的采区下山保护煤柱是防范采区下山发生冲击地压的关键。为探讨冲击地压矿井采区下山保护煤柱宽度的确定方法,以李楼煤矿采区下山保护煤柱合理的宽度确定为工程背景,运用矿压理论研究了工作面向采区下山推采过程中覆岩运动规律、支承压力演化特征、冲击地压类型及其发生机制,分析了现场工作面推采过程中的微震监测数据和应力动态监测数据,综合确定了李楼煤矿工作面采动影响范围,提出了以防范各类冲击地压为原则的采区下山保护煤柱宽度的综合确定方法,并进行了工程验证。结果表明:①随着工作面向采区下山推进,采区下山保护煤柱宽度逐渐减小,工作面超前支承压力与采区下山侧向支承压力及两翼工作面超前支承压力将发生叠加、集中,震动附加应力与采区下山侧向支承压力叠加程度逐渐增大;②采区下山可能发生静动载叠加型、应力叠加型和蠕变型等3类冲击地压;③工作面超前、滞后采动影响距离为235 m,侧向采动影响距离为105.5 m;④从防范采区下山动静载叠加型、应力叠加型和延后蠕变型冲击地压的角度,综合确定李楼煤矿采区下山一侧保护煤柱宽度应不小于235 m。回采后期现场监测结果与收尾情况初步验证了当前李楼煤矿采区下山一侧保护煤柱240 m的合理性。     

基于贝叶斯神经网络的冲击地压预测与影响因素权重分析

针对华丰煤矿4#煤层冲击事故频发的问题,采用理论分析及现场实验相结合的方法,对于复杂开采技术类因素和多种典型性地质条件耦合作用下的冲击地压启动机理、能量来源及防治措施展开研究。首先分析4#煤层1411工作面冲击启动能量来源,通过建立工作面前方煤体及围岩结构承受动、静载荷的力学模型,得到冲击启动区煤体内部任意一点的应力解析解,其次基于弹塑性理论,通过主应力平面偏转变换得出的最大、中间和最小主应力求得冲击启动区任意处单元煤体储存的弹性应变能的解析解,并根据现场实际工程参数,分析各种因素对煤体内部应力和能量分布规律的影响。结合力学模型解析解、数值模拟实验和现场记录参数的结果对工作面前方冲击地压的启动、传递和显现进行预测和分析。通过对冲击地压影响因素权重的分析发现了通过水力压裂降低顶板强度或水射流切割顶板降低老顶悬臂梁长度等对工作面防冲治理的优先级应高于保护层开采卸压等手段。     

向斜构造区内动压巷道围岩水射流防冲技术研究

针对砚北矿区向斜构造区内2502采区内巷道围岩动压显现频发难题,通过现场调研、实验室测试和理论分析的方法对动压巷道围岩冲击机理进行了研究,基于此,阐释了水射流防冲机理并进行了现场工业性试验。研究结果表明：煤样经过饱和水软化处理后,冲击倾向性由强冲击转变为弱冲击|采动引起的动载荷和巷道围岩内积聚的静载荷叠加作用是导致围岩诱发冲击的根本原因,且可划分为动载荷主导型和静载荷主导型2种类别|水射流防冲技术能够在巷道两帮内形成弱结构区,有效地转移和释放两帮内原有高集中静载荷,进而实现对于巷道两帮和底板的冲击防治目的。现场实施水射流防冲技术后电磁辐射信号平均值由49.7mV减小至15.6mV,同时巷道两帮和顶底板移近量均控制在5%以内,有效保证了巷道围岩的应力环境和支护控制效果。     

工作面端头L形区煤柱体诱发冲击机理及防治研究

为了研究深部开采工作面端头L形区煤柱体失稳诱发两类典型的巷帮冲击地压,基于宝积山煤矿705综放工作面5次冲击地压显现与工作面推进位置关系,分析了一定围压条件下煤柱体的受力状态和力学响应,并推导出了煤柱体失稳破坏与作用载荷的关系。利用FLAC3D软件应变软化模型模拟研究了集中静载荷和动载荷组合作用下煤柱体的应力-应变特性,结果表明:初始静载荷变化对煤柱体失稳发生冲击的影响作用要高于动载荷变化,集中静载荷起储存冲击能作用,动载荷起诱发冲击作用。提出锚网索支护+高压水射流巷帮卸压协同作用防治巷道冲击地压方法,模拟分析显示围岩应力分布满足强弱强(3S)三重防冲结构,围岩结构弯矩分布均匀合理。本研究为协同作用防治巷道冲击地压提供了理论依据。